JP6267522B2 - センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象物に押し当てて温度を検出するセンサ装置に関し、特に検出精度の向上対策に係るものである。

例えば特許文献１に開示されているように、測定対象物に押し当てて温度を検出するセンサ装置が知られている。このセンサ装置は、ケーシング（プローブ）と、該ケーシングの先端部に挿入された保護管と、該保護管の先端に取り付けられた熱電対とを備えている。熱電対は、測定対象物と接触する平面部を有している。このセンサ装置では、ケーシングを手で握り、保護管の先端を測定対象物に押し当てて熱電対の平面部を測定対象物に接触させることによって、測定対象物の温度が検出される。

特開平７−５５５４８号公報

ところで、上述したようなセンサ装置では、測定対象物への押し当て角度によって熱電対の接触度合いが変わり、温度の検出精度が損なわれる場合があった。つまり、測定対象物への押し当て角度によっては熱電対の平面部はその一部しか測定対象物に接触せず、このため温度を精度良く検出できない場合があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱電対を測定対象物に接触させて温度を検出するセンサ装置において、温度の検出精度を向上させることにある。

本発明に係るセンサ装置は、被保持部と平面な接触面とが形成された接触部材を有する熱電対と、上記接触部材の被保持部を保持する保持部材とを備え、上記接触部材の接触面を測定対象物に接触させて該測定対象物の温度を検出するセンサ装置を前提としている。そして、上記接触部材は、上記接触面と直交する上記被保持部の中心軸上に位置する点を揺動中心として揺動可能に上記保持部材に保持されている。

本発明によれば、接触部材が、その接触面と直交する被保持部の中心軸上に位置する点を揺動中心として揺動可能に保持されているため、測定対象物に対して接触面が斜めとなる角度で接触部材が測定対象物に押し付けられた場合でも、接触部材を揺動させることによって接触面を測定対象物の面と平行にすることができる。これにより、接触部材を如何なる角度で測定対象物に押し付けても、確実且つ容易に接触面の全面を測定対象物に接触させることができる。したがって、温度の検出精度を向上させることができる。

図１は、実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示す断面図である。 図２は、実施形態に係るセンサ装置の要部を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

図１に示す本実施形態のセンサ装置１は、測定対象物に直接押し付けて該測定対象物の振動および温度の２つを検出する、いわゆるハンディタイプのセンサである。なお、図１は、センサ装置１の上部を示し、下部は省略している。

センサ装置１は、ケーシング５と、振動検出機構１０と、保持部材２０と、温度検出機構３０（熱電対）と、信号処理回路４０とを備えている。

ケーシング５は、図１紙面に対して垂直方向に分割された２つのケーシング部材によって形成され、それらがテーパねじ６，７によって連結されている。ケーシング５の先端側には、円筒状の保護管８が差し込まれている。つまり、保護管８はケーシング５の先端から突出した状態で設けられている。ケーシング５はＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）で形成され、保護管８はステンレス鋼で形成されている。

振動検出機構１０は、検出針１１と、振動伝達板１２と、２つの電極板１３，１５と、圧電素子１４と、スイッチ金具１８とを備え、測定対象物の振動を検出（測定）するものである。

検出針１１は、細長い棒状の部材であり、保護管８からケーシング５に亘って挿入されている。検出針１１の基端側は、小径部１１ｂとなっており、外周面に雄ねじが形成されている。検出針１１の先端１１ａは、先細形状になっている。振動伝達板１２は、雌ねじが形成されており、検出針１１の小径部１１ｂにねじ結合されている。検出針１１の小径部１１ｂには、振動伝達板１２に次いで、第１電極板１３、圧電素子１４、第２電極板１５およびウエイト１６が順に挿入されている。検出針１１の小径部１１ｂでは、ナット１７を締め付けることによって、振動伝達板１２や電極板１３，１５等が互いに密接して固定されている。

こうして振動伝達板１２等が固定された検出針１１は、スイッチ金具１８によってケーシング５内に保持されている。スイッチ金具１８は、図１紙面の手前側から向こう側へ切り込みが設けられた上壁１８ａと、上壁１８ａの向こう側の端から下方へ延びた後手前側へ延びる二股のばね部１８ｂとが形成されている。スイッチ金具１８は、上壁１８ａとばね部１８ｂで振動伝達板１２の上面とウエイト１６の下面を挟持している。つまり、振動伝達板１２等が固定された検出針１１は、ばね部１８ｂの弾性力によってウエイト１６が上方へ付勢されることにより、振動伝達板１２の上面が上壁１８ａの下面に押し付けられる（接触する）。スイッチ金具１８では、上壁１８ａの下面から振動伝達板１２が離れるとスイッチがＯＮされ、上壁１８ａの下面に振動伝達板１２が接触するとスイッチがＯＦＦされる。また、スイッチ金具１８は、上壁１８ａから下方へ延びる側壁１８ｃを有しており、この側壁１８ｃおよび上壁１８ａがケーシング５の内壁に保持されている。

ケーシング５内において、振動検出機構１０の下方には信号処理回路４０が設けられている。振動検出機構１０の２つの電極板１３，１５は、図示しないが、信号処理回路４０の振動用端子４１，４２に電気的に接続されている。

検出針１１、振動伝達板１２およびスイッチ金具１８はステンレス鋼で形成され、電極板１３，１５はリン青銅で形成され、ウエイト１６はジルコニアセラミックで形成されている。

保持部材２０は、振動検出機構１０の検出針１１と、後述する温度検出機構３０の接触部材３１を保持する。保持部材２０は、略円筒状に形成されており、主軸部２１と、その両端に形成された大径部２２および先端部２３とを有している。保持部材２０は、主軸部２１および先端部２３が保護管８内に挿入されており、大径部２２がケーシング５内において保護管８の外側に位置している。保持部材２０の主軸部２１は外径が保護管８の内径よりも小さく形成され、先端部２３は外径が保護管８の内径と略同じに形成されている。また、主軸部２１には２つの窓２１ａ，２１ｂが形成されている。検出針１１は、保持部材２０に挿入されて保持されている。

なお、保護管８は、保持部材２０の大径部２２寄りに形成された突起２４（図１に破線で示す）に嵌め合わされて抜け出しが防止されている。保持部材２０は、ケーシング５と同様、ＰＥＥＫで形成されている。

温度検出機構３０は、接触部材３１と、２本の熱電対線３６，３７とを備え、測定対象物の温度を検出（測定）するものである。

接触部材３１は、保護管８の先端側に設けられ、測定対象物に押し付けられて接触する部材である。２本の熱電対線３６，３７は、それぞれ、一端が接触部材３１に接続され、他端が信号処理回路４０の温度用端子４３，４４に接続されている。保持部材２０の先端部２３は、外周面に上下方向（図２において上下方向）に延びる１つの縦溝２３ｃ（スリット）が形成されている。２本の熱電対線３６，３７は、先端部２３の縦溝２３ｃを介して信号処理回路４０まで配線されている。接触部材３１は、ステンレス鋼で形成されている。２本の熱電対線３６，３７は、一方がアルメル線で、他方がクロメル線である。

接触部材３１の詳細な構成について図２も参照しながら説明する。

接触部材３１は、保持部材２０の先端部２３に保持され、保護管８から突出した状態で設けられている。接触部材３１は、測定対象物と接触する接触部３２が先端側（図２において下側）に形成され、保持部材２０の先端部２３に保持される被保持部３４が基端側（図２において上側）に形成されている。接触部材３１は、被保持部３４の中心軸Ｃに沿って貫通孔３３が形成されて、略円筒状に構成されている。なお、本実施形態において、中心軸Ｃは、接触部材３１、検出針１１および保護管８の中心軸でもある。

接触部３２は、周方向に亘って径方向外方へ延びるフランジ形状となっている。接触部３２の下面は、測定対象物に接触させる平面な接触面３２ａとなっている。なお、中心軸Ｃは接触面３２ａと直交する軸である。

検出針１１は、接触部材３１の貫通孔３３に挿通され、先端１１ａが接触部材３１の接触面３２ａから突出する状態で設けられている。接触部材３１の貫通孔３３は検出針１１の外径よりも大きい孔径となっており、接触部材３１と検出針１１との間には隙間が設けられている。

そして、本実施形態の接触部材３１は、中心軸Ｃ上に位置する点を揺動中心Ｐとして揺動可能に保持部材２０の先端部２３に保持されている。具体的に、接触部材３１の被保持部３４は、外周面が揺動中心Ｐを球心とする球面３４ａに形成されている。一方、保持部材２０の先端部２３は、接触部材３１の被保持部３４に対応する球面２３ａを有している。先端部２３の球面２３ａは、接触部材３１の被保持部３４が挿入されて被保持部３４の球面３４ａと摺接し、被保持部３４を揺動可能に保持するように構成されている。つまり、揺動中心Ｐは、接触部材３１の球面３４ａの球心であると共に、保持部材２０の球面２３ａの球心でもある。こうして、接触部材３１は、例えば図２に破線で示すように、揺動中心Ｐを中心として揺動可能となる。

保持部材２０の先端部２３には、端部の内側が斜めに切除されたテーパ部２３ｂが形成されている。こうすることにより、接触部材３１の一定の揺動動作が許容される。一方、接触部材３１は、検出針１１と接触しない範囲で揺動するように構成されている。つまり、接触部材３１が検出針１１と接触しないように接触部材３１の揺動動作が一定範囲に規制される。具体的に、接触部材３１の外周面に揺動規制部３５が形成されている。揺動規制部３５は、接触部材３１の外周面から僅かに出っ張った角部であり、上述した保持部材２０のテーパ部２３ｂに接することによって接触部材３１の揺動動作を規制している。

センサ装置１では、保護管８の先端を測定対象物（例えば、スチームトラップの表面）に押し付けて検出針１１の先端１１ａを接触部材３１の接触面３２ａまで押し込むことにより、スイッチ金具１８においてスイッチがＯＮされる。そして、測定対象物の機械的振動が検出針１１を通して振動伝達板１２に伝わり、圧力変動として圧電素子１４に作用する。これに応じて圧電素子１４に電圧変動が生じ、この電圧変動に関する信号が電極板１３，１５から信号処理回路４０に送られて測定対象物の振動が検出（測定）される。

また、センサ装置１では、上述したように検出針１１の先端１１ａが接触部材３１の接触面３２ａまで押し込まれることにより、接触部材３１の接触面３２ａが測定対象物に接触する。そうすると、２本の熱電対線３６，３７において電位差が生じ、この電位差に関する信号が信号処理回路４０に送られて測定対象物の温度が検出される。以上のようにして検出された測定対象物の振動および温度の数値は、ケーシング５に設けられた表示部（図示省略）に表示される。

以上のように上記実施形態のセンサ装置１によれば、温度検出機構３０の接触部材３１を、その接触面３２ａと直交する中心軸Ｃ上に位置する点を揺動中心Ｐとして揺動可能に保持するようにしたため、測定対象物に対して接触面３２ａが斜めとなる角度で接触部材３１が測定対象物に押し付けられた場合でも、接触部材３１を揺動させることによって接触面３２ａを測定対象物の面と平行にすることができる。これにより、接触部材３１を如何なる角度で測定対象物に押し付けても、確実且つ容易に接触面３２ａの全面を測定対象物に接触させることが可能である。したがって、温度の検出精度を向上させることができる。

具体的に、接触部材３１における被保持部３４の外周面を揺動中心Ｐを球心とする球面３４ａに形成する一方、保持部材２０において被保持部３４の球面３４ａと摺接して被保持部３４を揺動可能に保持する球面２３ａを形成するようにしたため、簡易な構成で接触部材３１を確実に揺動させることが可能である。

また、上記実施形態のセンサ装置１は、測定対象物の振動を検出する検出針１１が接触部材３１に挿通されて設けられているものであるが、接触部材３１に揺動規制部３５を設けて接触部材３１を検出針１１と接触しない範囲で揺動させるようにしたため、測定対象物の振動を正確に検出することができる。つまり、接触部材３１が揺動して検出針１１に接触すると測定対象物の振動が正確に振動伝達板１２に伝わらなくなるが、上記実施形態ではそのような事態を未然に回避することができる。

なお、上記実施形態のセンサ装置１では、振動検出機構１０を設けているが、本発明は、振動検出機構１０を省略して測定対象物の温度のみを検出するものであってもよい。

本発明は、測定対象物に押し当てて温度を検出するセンサ装置について有用である。

１ センサ装置
１１ 検出針
２０ 保持部材
２３ａ 球面
３０ 温度検出機構（熱電対）
３１ 接触部材
３２ａ 接触面
３３ 貫通孔
３４ 被保持部
３４ａ 球面
Ｃ 中心軸
Ｐ 揺動中心

Claims (2)

1. 被保持部と平面な接触面とが形成された接触部材を有する熱電対と、上記接触部材の被保持部を保持する保持部材とを備え、上記接触部材の接触面を測定対象物に接触させて該測定対象物の温度を検出するセンサ装置であって、
   上記接触部材は、上記接触面と直交する上記被保持部の中心軸上に位置する点を揺動中心として揺動可能に上記保持部材に保持され、
   上記接触部材の被保持部は、外周面に上記揺動中心を球心とする球面を有し、
   上記保持部材は、上記接触部材の被保持部が挿入されて該被保持部の球面と摺接し、該被保持部を揺動可能に保持する球面を有し、
   上記接触部材には、上記被保持部の中心軸に沿って貫通孔が形成され、
   上記接触部材の貫通孔に隙間を有して挿通され、先端を上記測定対象物に押し付けて上記測定対象物の振動を検出する検出針を備え、
   上記保持部材における上記接触部材の被保持部材が挿入された端部には、内側が切除されたテーパ部が形成され、
   上記接触部材は、外周面から出っ張って形成され、上記接触部材が上記検出針と接触しないように、上記テーパ部に接することによって上記接触部材の揺動動作を規制する揺動規制部を有していることを特徴とするセンサ装置。
2. 請求項１に記載のセンサ装置において、
   上記検出針は、先端が上記接触部材の接触面から突出する状態で設けられ、該先端を上記測定対象物に押し付けて上記接触部材の接触面まで押し込むことによって上記測定対象物の振動を検出することを特徴とするセンサ装置。

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